金屬鈹的應用進(jìn)展

第33卷第9-10期中國材料進(jìn)展Vol.33No.9-102014年10月MATERIALS CHINAOct,2014特約專(zhuān)欄金屬鈹的應用進(jìn)展鐘景明μ,許德美2,李春光2,王戰宏?,李峰2,王莉,李志年2(1.國家鉭鈮特種金屬材料工程技術(shù)研究中心,寧夏石嘴山7530000(2.西北稀有金屬材料硏究院寧夏特種材料重點(diǎn)實(shí)驗室,寧夏石嘴山7530000摘要:綜述了近20年來(lái)金屬Be在核能、慣性導航系統、紅外光學(xué)系統、熱學(xué)、結構件、高能物理學(xué)和商業(yè)等領(lǐng)域的最新應用進(jìn)展,以及金屬Be優(yōu)異的性能在促進(jìn)其應用領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步和改進(jìn)產(chǎn)品性能和質(zhì)量中所起的重要作用。從金屬Be的應用范圍和效果,說(shuō)明金屬Be作為¨戰略性、關(guān)鍵性”工程材料,對一個(gè)國家國防、航空航天和戰略核能發(fā)展所起的關(guān)鍵支撐作用。并簡(jiǎn)要介紹了我國金屬Be的應用現狀,指出我國必須大幅度提高Be在慣性導航系統和紅外光學(xué)系統的應用水平,以增強我國空間爭奪和對抗能力。最后,總結了世界范圍內金屬Be的應用市場(chǎng)格局,預計未來(lái)金屬Be市場(chǎng)仍以國防、航空航天和戰略核能為主,且在民用工業(yè)中也將占據重要地位。關(guān)鍵詞:金屬Be;慣性導航系統;紅外光學(xué)系統中圖分類(lèi)號:TG146.24文獻標識碼:A文章編號:1674-3962(2014)09-0568-08Progress in Application of Metallic berylliumZHONG Jingming.,XU Demei, LI Chunguang, WaNg ZhanhongLI Feng, WANG Li, LI Zhinian(1. China National Engineering Research Center for Tantalum and Niobium Special Metal Materials(2. Northwest Rare Metal Materials Research Institute, Ningxia Key laboratory for Rare Materials業(yè)30:mAbstract: This paper mainly reviews the up-to-date progress of metallic beryllium applications in nuclear reactors, inerial navigation system, optics, thermotics, structure parts, high-energy physics and typical commercial use in the recent20 years, as well as gives brief introduction that excellent performances of metallic beryllium play an important role in pro-moting technology development of its application field and improving product performance and quality. Based on the rangend effect of metallic beryllium application, the paper details that metallic beryllium as key strategic engineering materialhas given strong support to national defense, aerospace and strategic nuclear energy development. Moreover, the paperbriefly introduces status of metallic beryllium applications in China, and points out that China should greatly improve thelevel of beryllium application in inertial navigation system and the infrared optical system, so as to enhance China s spacefighting and confrontations ability. Finally, the paper summarizes pattern of metallic beryllium market. It can be expectedthat metallic beryllium market is still defense, aerospace and strategic nuclear, and metallic beryllium will consistentlyplay an important role in civil industry in futureKey words: metallic beryllium; inertial navigation system; infrared optical system前言光學(xué)系統和航空航天飛行器結構件上得到了持續而廣泛的應用,這使金屬Be成為一種引人矚目的“戰略性、關(guān)金屬Be作為一種特殊的功能和結構材料,早期的鍵性”工程材料。應用集中在核領(lǐng)域和X射線(xiàn)領(lǐng)域,20世紀七八十年代國外,特別是美國十分重視金屬Be的應用,金屬開(kāi)始轉向國防和航天航空領(lǐng)域,在慣性導航系統、紅外Be也為美國國防、航空航天和核能發(fā)展起到了關(guān)鍵的支撐作用。我國金屬Be的應用水平與美國差距較大收稿日期:2014-06-01且在某種程度上影響田的摶術(shù)進(jìn)步,特別是基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(51474177)慣性導航系統中國煤化工簡(jiǎn)介了金屬第一作者及通訊作者:鐘景明,男,1963年4月生,教授,Be在核能、慣Email:zhongim@cnmnc.comCNMHG統、結構件Do:10.7502/j.issn.1674-3962.2014.09.05熱學(xué)、高能物理學(xué)和商業(yè)等領(lǐng)域的最新應用進(jìn)展,以及第9-10期鐘景明等:金屬鈹的應用進(jìn)展569金屬Be優(yōu)異的性能在促進(jìn)其應用領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步和改進(jìn)等離子體內壁的Be瓦和蒸汽器,每1次的用量均超過(guò)產(chǎn)品性能和質(zhì)量中所起的重要作用,結合應用實(shí)例說(shuō)明3t3,圖1所示是2006~2007年第4次等離子體內壁金屬Be作為“戰略性、關(guān)鍵性”工程材料,對國防、航更換Be板(4.4t)4。國際熱核聚變試驗反應堆項目空航天和戰略核能發(fā)展所起的關(guān)鍵支撐作用,旨在引起( nternational Thermonuclear Experimental reactor,ITER)我國工業(yè)界的設計者和工程人員對金屬Be應用的重視,是全球規模最大、影響最深遠的未來(lái)戰略核能源項目加快我國金屬Be的應用步伐,為金屬Be在國防、航空其等離子體的Be瓦預計需要13t金屬Be5,這些Be航天和戰略核能等應用領(lǐng)域發(fā)揮應有的積極作用做出瓦分別由美國S65C、中國CN-CO1、俄羅斯T℃貢獻56FW熱壓Be材制作。2金屬Be應用進(jìn)展2.1金屬Be在核能中的應用金屬Be的核性質(zhì)十分優(yōu)異,具有所有金屬中最大的熱中子散射截面(6.lbam),且Be原子核質(zhì)量小,能降低中子速度而不損失中子能量,是很好的中子反射材料和減速劑。Be中子在核中的結合能小(1.666MeV)在能量粒子(中子、質(zhì)子、y射線(xiàn))的轟擊下,很容易釋放出中子,可以用Be來(lái)做中子源、增殖劑。另外,Be密度低(1.842g/cm3),對于需要考慮體積/質(zhì)量的圖1“歐洲聯(lián)合環(huán)”于20020071年第4次更換Be瓦的照片(1反應堆,Be是首選材料Fig. 1 Photo of beryllium bush of JET replaced 4 th time in 20062007Be的核應用始于二戰期間,并在20世紀50年代末期得到了較大的發(fā)展,特別是在小型核動(dòng)力反應堆中。美國國家點(diǎn)火裝置( National Ignition Facility,NF)1956年,美國原子能委員會(huì )就與布拉什威爾曼工程材是世界上最大的、輸出功率最強的激光核聚變裝置,裝料(現 Meterion公司)和卡韋基( Kawecki Chemical Cω.)置的核心部件是包含放射性氫同位素氘和氚的燃燒球兩家公司簽約5年期合同,要求每家每年生產(chǎn)約45t由于Be具有高強度、高導熱的優(yōu)點(diǎn),比其它材料更能金屬Be。最近美國核動(dòng)力木星衛星探測器( Jupiter Icy承受氘氚擾動(dòng),包裏聚變反應氘原子和氚原子的燃燒球Moons orbiter,JIMo)的核反應堆使用了Be組件,Be最終選擇由Be制作。該Be制燃燒球設計和制作由洛斯組件設計由洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室(LANL)完成。阿拉莫斯國家實(shí)驗室完成預計金屬Be還會(huì )用在美國計劃建造的月球核反應Be制作的中子源有Be-Sb、Be-Am、Be-Po等,堆上。其中Be-$b中子源應用最為廣泛。Be還經(jīng)常用于在核我國有關(guān)設計與研制機構成功開(kāi)發(fā)了用于中子照射物理學(xué)研究中產(chǎn)生中子的靶材。我國B(niǎo)e-$b中子源的分析檢測用微型反應堆,所用的反射體包括一個(gè)內徑生產(chǎn)已實(shí)現國產(chǎn)化,1997年西北稀有金屬材料研究院d20mm、外徑φ420mm、高240mm的短圓筒和上下自主研發(fā)的Be-Sb芯塊產(chǎn)品,達到了國際先進(jìn)水平端蓋等,共60個(gè)Be部件。我國首座大功率高通量試驗穩定供應我國核電站二次中子源點(diǎn)火控制裝置。反應堆,用Be做反射層,共使用230套精密Be組2.2金屬Be在慣性導航系統中的應用件。這些Be組件系由西北稀有金屬材料研究院提供。Be的微屈服強度很高,這一特性保證了慣性導航托克馬克聚變反應堆( Tokamak fusion reactor,器件所要求的尺寸穩定性,還沒(méi)有任何一種其它材料能TFR),俗稱(chēng)“人造太陽(yáng)”,是未來(lái)戰略能源發(fā)展的目標達到Be導航時(shí)達到的精度。另外,鈹密度低、剛度高之一。Be除了具有優(yōu)異的核性質(zhì)以外,Be原子序數低,適合于慣性導航儀表向小型化和高穩定性發(fā)展的要求對等離子體不造成明顯的污染,對O的親合力和吸氣作解決了通常用硬A制作慣性器件時(shí)存在轉子卡死用提高了等離子體的純度,而且Be也沒(méi)有明顯的化學(xué)行穩定性差、壽命短等問(wèn)題2.-9。濺射作用,其蝕損壽命也可接受。因此,大多數TFR20世紀60代,善和首茶聯(lián)定和了慣性導航器選擇了Be作為約束等離子體的內壁材料。從1988年件用材從硬Al中國煤化工了至少一個(gè)起,Be替代氟氯化碳(CFC)用于“歐洲聯(lián)合環(huán)”聚變反數量級,并實(shí)CNMHG要求。慣性應堆( Joint European Torus reactor,JT),主要用做面對器件平均故障時(shí)間間隔也大幅度提高,美國B(niǎo)e制液浮570中國材料進(jìn)展第33卷陀螺儀G8的平均故障時(shí)間間隔達到了28000h8。從在美國國家導彈防御系統( National Missile Defe那以后,Be在精密導航儀表和慣性平臺中得到了廣泛NM)中,金屬Be除了做慣性器件,還被用于很多領(lǐng)的應用,特別是在路基和?；鶓鹇詫?、核潛艇和軍用域,如地基雷達的電子系統和導彈部件等。路基攔截器飛機等導航系統的應用上具有不可替代的地位。美國大( Groud- Based Interceptor,GBI系統所要求的高敏捷性也力神( Titan)、民兵( Minuteman)、和平衛士( Peacekeep要求使用Be或Be-A合金。外大氣層獵殺裝置( Expater)路基戰略導彈,北極星( Polaris)、海神( Poseidon)、 mospheric Kill Vehicle,EKⅤ)也用Be制作遮光罩和光學(xué)三叉戟( Trident)?；鶓鹇詫?F-15,F-22戰斗機系統等等的陀螺組件和慣性平臺均由Be制作。Be制慣性陀螺儀不僅能測量經(jīng)緯度、高程以實(shí)現1978年洛克韋爾公司完成靜電陀螺導航儀工程導航,還可以精確測量重力,也用于重力測量衛星(ESGN)樣機(軍用型號 AN/WSN-3),采用d10mm實(shí)上0。美國的重力探測衛星B( Gravity Probe B Satellite心Be轉子。該靜電陀螺監控器自1979年陸續裝備了美使用了4個(gè)Be制參考球,用來(lái)精確測量重力異常國三叉戟彈道導彈核潛艇和拉菲特級( La Fayette Class)該衛星是用來(lái)證明愛(ài)因斯坦的廣義相對論。核潛艇,1985年開(kāi)始裝備攻擊型核潛艇和水面潛艇。B20世紀90年代初,我國已成功研制全Be結構的靜52戰略轟炸機和F-111隱形戰斗轟炸機裝備SPN壓液浮陀螺儀,見(jiàn)圖3a,圖3b是其部分Be零件,該陀GEANS慣性導航系統(軍用型號 ANzASN-136系統)螺儀的主要性能指標接近或達到國際上同類(lèi)先進(jìn)陀螺儀后,使轟炸機投彈圓概率誤差和導彈系統的初始對準誤的水平。我國靜壓氣浮陀螺儀、靜電陀螺儀和激光陀螺差大大減小。該慣性系統是霍尼韋爾( Honeywell)公司中也不同程度地應用了Be材,國產(chǎn)陀螺儀的導航精度用d38mm空心Be轉子制作,每個(gè)d38mm空心Be轉大幅度提升。。但在慣性導航系統中,Be的應用并沒(méi)子重10g。20世紀80年代,該系統改進(jìn)成為精密慣性有獲得推廣,可以說(shuō)幾乎沒(méi)有得到應用。目前我國慣性測量系統 GEO/SPIN,廣泛用于海、陸、空大地器件仍普遍使用硬Al。在慣性導航系統中,Be的應用測量0推廣問(wèn)題已經(jīng)存在20~30年了,應用水平與國外差距20世紀90年代中期,美國開(kāi)始了路基戰略導彈民越拉越大,成為我國慣性導航技術(shù)落后于美國和前蘇聯(lián)兵Ⅲ( MinutemanⅢ)和?；鶓鹇詫椚骊? Trident的重要原因之一。因此,我國要想獲得慣性?xún)x器高精m)改進(jìn)項目,Be制慣導系統是項目改進(jìn)的重點(diǎn)之度,滿(mǎn)足縮小體積,減輕重量,適應航天高精度慣導系更新后的制導裝置使民兵Ⅲ導彈精度提高,達到和平衛統的要求,關(guān)鍵措施之一是使用Be材,實(shí)現慣性導航士戰略導彈的精度。圖2所示是和平衛士導彈用系統用材從硬A向Be的轉變。Be材在慣性導航系統先進(jìn)慣性參考球( Advanced Inertial Reference Sphere,中應用的擴大,必將推動(dòng)我國慣性導航技術(shù)的大幅度提AIRS),打開(kāi)后展示出一個(gè)陀螺儀和加速度計,該球約升,對我國航天事業(yè)發(fā)展起到關(guān)鍵的促進(jìn)作用耗用了9kg金屬Be-1。圖2和平衛士導彈用Be制先進(jìn)慣性參考球照片63國產(chǎn)全中國煤化工B零件(b)照片sphere used in peacekeeper, AIRS opened toCNMHGshow a gyroscope and accelerometergyroscope(a)and a part of beryllium elements(b).第9-10期鐘景明等:金屬鈹的應用進(jìn)展5712.3金屬Be在光學(xué)系統的應用F-15E等飛機上裝備的稱(chēng)之為“ Lantirn”(用于夜間作戰拋光后的金屬Be對紅外線(xiàn)(10.6μm)的反射率高的低空導航和捕獲與跟蹤目標的綜合系統)的紅外光學(xué)達99%,特別適合于做光學(xué)鏡體。對于在動(dòng)態(tài)(振蕩系統中使用了Be,據說(shuō)借助于該系統,戰斗機能在漆或旋轉)系統中工作的鏡體,要求材料具有很高的變形黑的夜間躲過(guò)敵人的雷達,并以800km/h的速度能力,Be的剛性很好地滿(mǎn)足了這一要求,成為首選材飛行5。料。玻璃光學(xué)轉鏡的最高轉速為10×10-rpm,Be轉鏡在俄羅斯,預報地球同步軌道導彈預警衛星的一個(gè)的轉速可達到35×10-rpm以上,Be制掃描鏡的振蕩內置大型望遠鏡筒中,載有重約600kg、由多個(gè)Be鏡頻率可以在1kHz以上。另外,在幾種常用的鏡體材組成的光學(xué)成套設備。該衛星用于導彈發(fā)射監測,每7料(RBsi, Zerodur,ULE, Fused silica)中,Be成形性min對地球表面掃描一次,4星組網(wǎng)模式可以形成橫貫和機加工性最好,易制成大尺寸鏡體。近年來(lái),隨著(zhù)鏡美國東海岸至中國東部的導彈發(fā)射監測21體尺寸要求越來(lái)越大,Be在精密光學(xué)系統中的應用明顯增加。Be的光學(xué)應用主要分軍用和民用兩方面。在軍事領(lǐng)域,Be最初的應用是夜視系統和紅外照相機,后來(lái)N在定位、預警、偵察、通訊衛星的紅外光學(xué)系統、無(wú)人駕駛飛行器的光學(xué)系統、核爆探測器、戰斗機戰略光學(xué)系統和坦克射擊系統得到了普遍應用。在這些應用領(lǐng)域,Be往往是唯一能夠滿(mǎn)足性能要求的材料。Be的光學(xué)軍用市場(chǎng)較大,僅1990年,美國 Materion公司,就圖5OH-58D偵察直升機桅桿瞄準器Be制光具座照片201完成了用于改善“西德豹”坦克性能的650個(gè)Be鏡毛坯g the mast的制作,同時(shí)接受了美國M1A2坦克用250塊和韓國的ng device on the OH-58DK-1主戰坦克控制系統用280塊Be鏡毛坯的訂貨9helicopter[ 20)圖4為坦克設計系統用Be鏡坯。Be也被用于F-15,F在民用領(lǐng)域,Be掃描鏡、擺鏡和轉鏡在資源和氣-16,F-22,F-35和聯(lián)合打擊戰斗機( Joint Strike象衛星中有著(zhù)廣闊的市場(chǎng),在紅外天文望遠鏡中的應用Fighter,JsF)等戰機上瞄準艙的光學(xué)部件21。也非常普遍,這個(gè)市場(chǎng)也很大,如美國地球觀(guān)測衛星( Earth observation satellite,EOS)使用了Be掃描鏡,國家海洋和大氣局先進(jìn)超高分辨率輻射計( Advanced VeryHigh Resolution Radiometer, AVHRR)使用的掃描鏡和鏡體基座均用金屬Be制作。最近,美國航空航天局(NASA)制造的詹姆斯韋伯太空望遠鏡( James Webb Space Telescope' s Mirror,JwST),它是替代哈勃( Hubble)的新一代太空望遠鏡。在主鏡材料競選過(guò)程中,Be優(yōu)異的物理、機械、拋光工藝性能,特別是Be可以在低于30K的溫度下工作,圖4坦克射擊系統使用的Be鏡的照片使它擊敗了眾多優(yōu)選材料(與Be有競爭力的主要是Fig, 4 Photo of beryllium mirror blank used in shootingULE、 erodur),成為詹姆斯韋伯太空望遠鏡的主鏡材stem of the tank 19I料。詹姆斯韋伯太空望遠鏡共使用了18塊對角直徑達圖5是美國陸軍OH-58D偵察直升機桅桿瞄準器1.52m的六邊形Be鏡,圖6是NASA測試6塊Be鏡單Be制光具座,激光、電視和紅外傳感器都安裝在這個(gè)元的低溫性能的照片。詹姆斯韋伯太空望遠鏡的紅外照光具座上。該光具座每個(gè)質(zhì)量?jì)H2.7kg,但剛性的Be相機光具座也由Be制作23。另外,詹姆斯韋伯太空框架有效消除了飛機馬達運行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng),保持了精望遠鏡雖然比哈勃大,但因使用Be鏡,質(zhì)量只有6.2t,密定位,保證了傳感器很好的成像,確保了目標探測和約是哈勃的選擇系統的工作可靠性。直升機靠這個(gè)光學(xué)電子系統,ULE,質(zhì)量為1中國煤化工材料是即使在黑暗的低空飛行也能發(fā)現目標。美國和臺灣軍隊我國B(niǎo)e鏡CNMH衛星和神舟所購OH-58D型直升機中,總共用Be1260kg-。在號飛船上,截止2004年,西北稀有金屬材料研究院共572中國材料進(jìn)展第33卷形。但Be昂貴,在地面上單純作結構件不占優(yōu)勢,主要的優(yōu)勢在航空航天領(lǐng)域。表1是1995年美國對幾種結構材料制作某一太空零件時(shí)的軌道成本(發(fā)射成本+零件成本)的比較2),從中可以看出,雖然Be的零件成本較高,但Be零件輕,發(fā)射成本低,最終用Be制作的太空零件軌道成本比其它材料低得多。因此,且不說(shuō)Be優(yōu)異的物理性能,單使用Be作為結構部件所帶來(lái)的益處也是巨大的。另外,大多數空間結構件工作時(shí)都處圖6NASA測試太空望遠鏡6塊Be鏡單元的低溫性能的現場(chǎng)照片于壓應力狀態(tài),對材料剛度要求高,Be的高剛度恰好滿(mǎn)足這一要求。Fig. 6 Photo of cryogenic properties testing in scerNASA for six beryllium mirror used in the表1幾種材料制作某一太空零件的軌道成本比較Webb Space Telescope 23)Table 1 Comparison on orbit cost of different candidate計給風(fēng)云衛星提供了6塊Be掃描反射鏡,為資源衛星Cost element6061 T6Al Ti6A14304ST和“神州”號飛船的研制提供了Be雙面掃描鏡7塊和Be掃描反射鏡8塊,還研制了20余套高速攝像機用平行Weight of part/1b80.5511.4平面Be轉鏡和三棱Be轉鏡供客戶(hù)使用2。2004年以后,西北稀有金屬材料研究院又為有關(guān)設計與研制機構提供了多塊Be制掃描鏡、擺鏡和轉鏡。圖7是西北稀Total on orbit cost/$809000807500144500784500有金屬材料研究院為ZY-1衛星制作的Be雙面掃描鏡。1960年以來(lái),美國在多種飛行器中使用了Be制部件以獲得減重效果,在軍用飛機上應用Be做結構件更重要的是利用Be的剛性滿(mǎn)足提高飛行速度的要求。包括水星和雙子星飛船的熱屏蔽板,戰術(shù)通信衛星的構架和蒙皮,戰略洲際導彈助推器和有效載荷之間轉接殼體,軌道地球物理觀(guān)察衛星所用的太陽(yáng)能電池板的基座和基板,航天軌道飛行器駕駛艙擋風(fēng)板的構架,處置容器的臍門(mén),軍用飛機上的方向舵、側翼前緣、儀器支承件和閥門(mén)等2。海神號?；l(fā)射戰略導彈的彈頭圓錐形頂端部分轉接殼體,總計耗用金屬Be約181t(5年耗用總量)。美國新近的卡西尼土星探測器( Cassini orbit圖7西北稀有金屬材料研究院生產(chǎn)的ZY-1衛星Beer)和火星漫游者( Mars rovers)兩個(gè)太空項目中為了減雙面掃描鏡的照片輕重量,也大量使用金屬Be部件。Fig 7 Photo of beryllium double-sided scaning mirror在美國,Be作為航空航天結構件得到了普遍應用,used in ZY-l satellite and produced by North但我國長(cháng)期以來(lái)認為Be零件價(jià)格昂貴,沒(méi)有考慮到用west Rare Metal Materials Research InstituteBe制作零件可大幅度降低發(fā)射成本,更沒(méi)有考慮到零但與國外相比,我國B(niǎo)e鏡在紅外光學(xué)系統的應用件減重后,可提高飛行器的有效載荷、航程半徑、飛行較少,且集中在民用領(lǐng)域,在軍事領(lǐng)域尚未獲得應用,速度、飛行壽命,以及增加射程等等好處。因此,我國特別是在預警、定位、偵察、通訊衛星,飛機瞄準艙和沒(méi)有單純將Be用做結構材料。坦克射擊系統中沒(méi)有獲得應用,這非常不利于空間競爭2.5金屬Be在熱學(xué)領(lǐng)域的應用力的提高。因此,我國必須迅速加快Be在精密光學(xué)系Be的比熱為1.926kJ/kg·K(20℃),是所有金屬統的應用步伐,以大力增強我國空間爭奪和對抗能力。中比熱最大的,熱導率為216W/m·K(25℃),與質(zhì)2.4金屬Be作為飛行器結構材料的應用量相同的其它拉懸烹,惋點(diǎn)(1285℃)Be密度低,彈性模量高(303GPa),能使構件的質(zhì)也是比較高的中國煤化工獲得了大量量/體積比達到最優(yōu)化,并保證結構件自然頻率高,避應用。CNMHG免共振2,同時(shí)Be剛度高,零件可以做得很薄而不變Be的熱學(xué)應用主要分為兩類(lèi):一類(lèi)是利用Be吸熱第9-10期鐘景明等:金屬鈹的應用進(jìn)展573性好這一特點(diǎn),將Be作為輕質(zhì)、高效的吸熱材料,主醫療射線(xiàn)攝影裝置作為Ⅹ射線(xiàn)窗口材料具有壟斷性,目要包括吸熱器、熱屏蔽零件、散熱器、開(kāi)關(guān)部件、火箭前還沒(méi)有那一種材料能夠替代Be,如骨Ⅹ射線(xiàn)照相術(shù)發(fā)動(dòng)機噴嘴和控制推進(jìn)器、電子“黑盒”,以及宇宙飛計算機層析Ⅹ射線(xiàn)掃描器(CT),乳房Ⅹ射線(xiàn)照相術(shù)船的吸熱外蓋板等。第2類(lèi)不但要求熱性能,也要能在超聲診斷監視儀等。另一個(gè)是在工業(yè)分析設備上,如電高溫下承受一定的載荷,這類(lèi)應用引岀了熱學(xué)品級的子顯微鏡、工業(yè)Ⅹ射線(xiàn)探傷儀、Ⅹ光衍射、X射線(xiàn)熒光Be材SR-200。目前,交疊軋制的SR-200熱學(xué)級Be分析,行李的X射線(xiàn)檢查儀、原位分析、計數管等。薄板經(jīng)常在軍用電子和航空電子系統作為復動(dòng)冷源及結Be最新的商業(yè)應用是高級揚聲器的音響放大器構支柱使用2-26。這源于在綜合音質(zhì)評價(jià)上,Be比鉆石和碳質(zhì)纖維還要我國金屬Be在熱學(xué)方面尚未獲得應用,存在的問(wèn)優(yōu)良。音響揚聲器的振動(dòng)膜由Ti振膜改成Be振膜后題與Be作為結構件使用時(shí)相同高頻上限由原來(lái)的23kHz延伸至40kHz,頻率響應也2.6金屬Be在高能物理學(xué)領(lǐng)域的應用更平滑,這是音箱質(zhì)的提升。很多大型音響公司,如雅Be具有低密度、高強度、熱容量大和導熱性好、馬哈( Yamaha)、先鋒( Pioneer)等,早在20世紀70年無(wú)磁性、以及耐蝕性,使Be成為制作同步加速器束流代就開(kāi)始使用Be制作揚聲器振膜,但由于Be振膜制作管/窗口材料的最佳選擇。目前,世界各國著(zhù)名的高復雜,很少真正投放市場(chǎng)。直到2003年,法國勁浪能物理學(xué)研究實(shí)驗室,加速器上的束流管/窗口幾乎全( JMLAB)與Be材料供應廠(chǎng)商一起合作,才掌握了Be振部使用Be和Be-A合金,如德國電子同步加速器(Deut-膜生產(chǎn)工藝?，F在,Be振膜已應用于各大音響公司旗sches Elektronen Synchrotron,DESY),歐洲核子研究中艦產(chǎn)品中,可以預計Be振動(dòng)膜是一個(gè)正在不斷擴大的L( European Organization for Nuclear Re)大市場(chǎng)。型強子對撞機( Large Hadron Collider,LHC),美國能源航空用優(yōu)質(zhì)AI合金鑄件,常加入少量的Be,用以部布魯克海文國家重點(diǎn)實(shí)驗室( Brookhaven national labo-提高鑄件的表面光潔度、強度、塑性和成品率。Mg合try)相對論重離子對撞機( Relativity Heavy lon Colli-金中添加0.001%的Be,其著(zhù)火溫度提高200℃-m2-yder,RHC)等在T合金中,Be是最有效的晶粒細化劑,加入0.05%北京正負電子對撞機中升級時(shí)使用了由西北稀有金(質(zhì)量分數)的Be,就能將Ti鑄件的晶粒度從幾百微米屬材料研究院研制的細長(cháng)薄壁Be管,該管壁厚細化到幾十微米x0.6mm、長(cháng)300mm,見(jiàn)圖8,實(shí)現了我國B(niǎo)e材在高能我國B(niǎo)e的商業(yè)應用主要集中在X射線(xiàn)窗口上,近物理學(xué)應用領(lǐng)域的突破幾年,西北稀有金屬材料硏究院開(kāi)始硏制Be振動(dòng)音膜產(chǎn)品,目前正在努力推向市場(chǎng)。3金屬Be的應用市場(chǎng)格局美國是最大的Be市場(chǎng),主要是由于軍事需求對Be工業(yè)的刺激。Be作為特殊的功能和結構材料,廣泛用于國防部的武器系統、能源部的戰略核設施以及幾種關(guān)鍵的民用設施,并為美國航空航天技術(shù)發(fā)展起到了關(guān)鍵的支撐作用23。1991年美國用于國防和航空航天領(lǐng)圖8西北稀有金屬材料研究院生產(chǎn)的用于北京正負電子對域的Be為57t2,冷戰結束后的十幾年里,金屬Be的撞機中譜儀的薄壁Be管照片用量大幅減少,一直維持在每年10~20t之間。近幾年Fig.8 Photo of thin-wall beryl有所回升,2010年約45t,接近冷戰前的水平,2011ter Ill in Beijing Electron-Positron Collider and producer年約331(由表觀(guān)消費量計算)32)。美國 Materion公司是by Northwest Rare Metal Materials Research Institute[71世界上最大的Be綜合制造廠(chǎng)商,在世界Be市場(chǎng)上處于2.7金屬Be的商業(yè)用途壟斷地位,該公司是ER項目Be瓦的主要供貨商Be對X射線(xiàn)幾乎是完全透過(guò)的,且Be制窗口不易在前蘇聯(lián)量R都田干軍事領(lǐng)域,用損壞,故在X射線(xiàn)窗口/管等得到了廣泛的應用,這是量與美國相當中國煤化工01年俄羅斯Be最早、也是最重要的應用市場(chǎng)之一。其中主要有兩JSC.TVEL公司CNMHG了前蘇聯(lián)唯個(gè)市場(chǎng),一是在醫學(xué)成像診斷設備中,Be在高分辨率的金屬Be生產(chǎn)廠(chǎng)家烏爾巴冶金廠(chǎng)( Ulba metallurgical574中國材料進(jìn)展第33卷Plant,UMP)約34%的股份,烏爾巴冶金廠(chǎng)目前位于哈外光學(xué)系統,特別是衛星、戰機、坦克的紅外光學(xué)系統薩克斯坦,估計俄羅斯目前Be的應用水平僅略次于美中應著(zhù)力推廣Be的應用,以增強我國空間競爭和對抗國2。俄羅斯是IER項目Be瓦的供貨商之一。能力。進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)Be產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,建立健全的中國具有金屬Be的生產(chǎn)能力,但用量少,且應用Be產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新體系,切實(shí)增強我國戰略金屬Be材料的自主要集中在核能、Be鏡和Ⅹ射線(xiàn)窗口上。西北稀有金主保障供給能力。用大約10~15年的時(shí)間使我國B(niǎo)e的屬材料研究院是我國唯一的Be材生產(chǎn)和研制基地,其應用水平進(jìn)入世界先進(jìn)行列。產(chǎn)品主要滿(mǎn)足中國市場(chǎng)的需求,該院也是ⅣER項目B另外,我國急需提高科技和工業(yè)各界的設計者對金瓦的供貨商之一屬Be的認識和接受程度。目前我國在設計和工程應用英、法、德等西歐國家和日本不具備Be的生產(chǎn)能中往往沒(méi)有考慮,或者不了解Be優(yōu)異的綜合性能可使力,但這些國家是金屬Be主要的消費國。除了直接進(jìn)構件性能大幅度提高收獲更多利益,而過(guò)多的考慮了口Be零件以外,這些國家金屬Be加工能力均很強,主Be的價(jià)格。有的則認為Be有毒,恐Be不敢用Be。實(shí)要進(jìn)口Be的半成品進(jìn)行二次加工滿(mǎn)足其Be市場(chǎng)的需際上在很多應用領(lǐng)域,綜合考慮后Be成本是最低的求,這些Be原料大多數來(lái)自于美國。英國公司是首先而B(niǎo)e的毒性?xún)H存在于制備過(guò)程的粉、塵、煙、霧狀態(tài),把Be材用于軍事用途特別是光學(xué)應用的機構之一,其最終使用的Be零件是無(wú)毒的。這種對Be的錯誤認識或中英國 Avimo公司生產(chǎn)的Be鏡在一些市場(chǎng)中占有強勢者誤解必須加以改變,提高認識和消除誤解實(shí)現Be材地位,主要用于軍事車(chē)輛觀(guān)測系統、熱圖儀和前視紅外的推廣應用,才能使Be釋放出巨大的潛力和發(fā)揮其獨系統等。與美國相比,西歐和日本的軍工部門(mén)消費的特的作用。Be要少得多,3參考文獻 References值得注意的是,關(guān)于金屬Be這種材料的應用數據,除美國的“部分”信息以外,其它國家的數據無(wú)從獲得。[11 Tomberlin T A. Beryllium-A Unique Material in Nuclear Applica近十幾年來(lái),隨著(zhù)美國工業(yè)界的設計和工程人員對tions, Ineel/Con-04-01869[R]. Idaho Falls, Idaho: Idaho Na-Be的了解程度的提高,以及部件對性能要求的提高,tional Engineering and Environmental Laboratory, 2004[2] Nie Dajun(聶大鈞), Fu Xiaoxu(付曉旭), Xia Hongxian(夏美國金屬Be的商業(yè)應用一直持續增長(cháng),可以預計,未洪先),eal.鈹及鈹合金[CJ// Huang boyun(黃伯云),Li來(lái)Be在民用領(lǐng)域同樣占有重要的地位。但短期內金屬Chenggong(李成功), Shi likai(石力開(kāi)),etal. China materiBe的主要應用市場(chǎng)仍將是國防、航空航天和戰略核能als Engineering Canon,wo.5(中國工程材料大典,第五卷)等領(lǐng)域。未來(lái)Be市場(chǎng)可能不會(huì )有大幅度擴展從而促使新的綜合生產(chǎn)廠(chǎng)家出現,因此,短期內美國 Materion公[3] Patel B, Parsons w. Operational Beryllium Handling Exper司支配世界Be工業(yè)的地位不會(huì )改變,美國仍將是Be應at JETLJ]. Fusion Engineering and Design, 2003, 69(1)用水平最高的國家。[4 Collingwood M. Beryllium[ J. Metal Bulletin Monthly, 20074結語(yǔ)(6):42-43[5 Raffraya A R, Federicia G, Barabasha V, et aL. Beryllium金屬Be的應用水平在某種程度上反映出一個(gè)國家Application in ITER Plasma Facing Components[J]. Fusion綜合實(shí)力和國防軍工技術(shù)水平的高低,金屬Be對一個(gè)Engineering and Design, 1997, 37(2): 261-286國家發(fā)展航空航天事業(yè)、增強空間競爭力能起到關(guān)鍵的6] Alexander D J, Cooley J C, Cameron B J,eal. Progress in the支撐作用。在戰略核能源、高新技術(shù)領(lǐng)域與重大科學(xué)工Production of materials and fablof NIF Beryllium-Copper程建設中,金屬Be同樣占有重要地位Ignition Capsules at Los Alamos National Laboratory[ J]. Fusion我國金屬Be的應用水平與國際先進(jìn)水平差距較大Science and Technology, 2006, 49(4): 796-801特別是美國已在常規武器系統中大量使用了金屬Be,7] Zhong jingming(鐘景明), Xu Demei(許德美), Li Feng(李而我國金屬Be的應用還僅限于戰略武器中,同樣的問(wèn)峰),eal.鈹及鈹合金技術(shù)進(jìn)展[C]// Chinese Academy ofng(中國工程院). The Power Metallurgy Science and題也存在于航空航天領(lǐng)域,金屬Be的應用現狀影響著(zhù)Technology Forum(粉末冶金科學(xué)與技術(shù)發(fā)展前沿論壇)我國武器裝備的先進(jìn)性和空天技術(shù)水平的提高。因此我國需要大幅度提高Be的應用水平,重點(diǎn)在兩個(gè)應用81sms(領(lǐng)域,一是慣性導航系統,以實(shí)現我國慣性導航系統向TH中國煤化工材料-鈹[J]CNMHG高精度、長(cháng)壽命、高可靠、小型化發(fā)展的要求,二是紅9] Ma Jinchen(馬晉辰).加快Be材應用步伐[J]. Aerospace第9-10期鐘景明等:金屬鈹的應用進(jìn)展575Technology(航天工藝),1997(4):46-4739-41[10] Gao Zhongyu(#al i), Electrostatic Gyroscope Technology(M [22] Parsonage T. JWST Beryllium Telescope: Material and Substrate電陀螺儀技術(shù))[M]. Beijing: Tsinghua University Press,Fabrication[C]//Atad-Ettedgui E, Dierickx P. Proceedings of2004:2-6SPIE VOL. 5494, Optical Fabrication, Metrology, and Materi11 Wang yixiao(王宜曉), Liu xiaoen(劉曉恩).“民兵”Ⅲ和Advancements for Telescopes. Bellingham, Washington導彈改進(jìn)計劃綜述[J], aerospace China(中國航Photo-Optical Instrumentation Engineers, 2004: 39-48天),2011(6):35-37[23 Lee B. The Telescope That ate astronomy[ J]. Nature, 201012] Roskill Information Services Ltd. The Economics of Beryllium[ M]467:1028-1030.London Roskill Information Services Ltd. 2001: 111-117.[24] Hardesty R E, Decker T A. Design and Producibility of Precision[13 Materion Corporation. EX-99 U S. Securities and Exchange Comryllium Structures for Spacecraft Applications[ C]// Ealey Mmission[ EB/OL].(2012-3-29)[2012-3-29].htp:A. Proc SPIE Vol, 2543, Silicon Carbide Materials for Optics andrchives/edgar/data/1104657/recision Structures. Bellingham, Washington Society of Photo000119312512139303/Optical Instrumentation Engineers, 1995: 104-12614 Kennedy D. No Matter Where You Look, Beryllium Improves the [ 25] Fullerton-Batten R C, Hawk J A. A Review of Present andWay We Live[ eb/OL].(2010-6-9)[2010-6-9]Future Applications of Beryllium[ C]//Beryllium 1977, Fourthhttp://www.Berylliumcom/sites/default/files/pdfs/pdf%oInternational Conference on Beryllium. London Metals Society20for% 20 Uses% 20&% 20 Apps. pdf.[15] Yoshizaka Shoji(吉阪昭治).金屬<宀厶的用途{[26] Materion Corporation. Product Forms Uses↓二[J. Nene Materials Press(金屬時(shí)評),1989,9(1384)[EB/OL].(2013-9-19)[2013-9-19]com/-/ media/ Files/PDFs/ Beryllium/ Engineering%20Design/1 6 Nuclear Weapon Archive. Aduanced Inertial RefereMaterion% 20Product %20Uses 20and 20DesEB/OL].(1997-10-22)[1997-10-22].htp:/m-[27] Zheng lifang(鄭莉芳), Ji Quan(紀全), Wang Li(王Weapons/ Airs. html.立),eal.粉末冶金態(tài)鈹在北京譜儀束流管中的應用[J[17] Wang Yan(王燕), Zhu Song(朱松).美國國家導彈防御4 omic Energy Science and Technology(原子能科學(xué)技術(shù))系統發(fā)展研究[J]. aviation Weapon(航空兵器),2003(4)31-34[ 28] Mowry S. The Whole Truth about Beryllium Diaphragms [EB/OL][18]Goldberg A. Atomic, Crystal, Elastic, Thermal, Nuclear, and(2009-06-14)[2009-06-14].htp://w. geosoundOther Properties of Beryllium, UCRL-TR-224850[R).Liverclub. com/ Docs/Truth_ beryllium diaphragms. cnore, CA: Lawrence Livermore National Laboratory, 2006[29 Houska C. Beryllium in Aluminum and Magnesium Alloys[J J[19] Clement P. How the Beryllium Industry is Building New MarketsMetals and Materials Magazine, 1988, 4(2): 100-103by applying Isostatic Processing Technologies[ C]// Proceedings [30 Bermingham M J, McDonald S D, StJohn D H, et al. Berylliuas a Grain Refiner in Titanium Alloys[J. Journal of Alloys and481(1-2):L20-L220] Skillern GG, R Hollman R, KulKarni K M. Near-Net-Shape Be-aging Materials for a Twenty-first Century Military[M]. Washryllium Structural Helicopter Parts[ J]. Metal Power Reportington. National Academies Press. 2004. 170-1751992,47(10):36-39[32] Geological Survey U S. Beryllium[ EB/OL].(2014-3-7)1] Wei Chenxi(魏晨曦).俄羅斯的空間目標監視、識別、探測[2014-3-7.http://minerals.usgsgov/minerals/pubs/與跟蹤系統[J]. Aerospace China(中國航天),2006(8)中國煤化工CNMHG